Ziel bei der Entwicklung von SolexDrive war die Schaffung eines optimalen integrierten Schaltkreises zur Ansteuerung der Kraftstoffeinspritzdüsen von Diesel- und Benzinmotoren mit besonders niedrigen Emissionen. In dieser Automobilanwendung steuert SolexDrive externe MOSFET-Verstärker, die wiederum mit den Einspritzdüsen verbunden sind. Diese Einspritzdüsen fungieren als Aktuatorspulen und arbeiten mit höchster Präzision.
Es mag zunächst ungewöhnlich erscheinen, dass dieser Chip, der ursprünglich für eine so spezielle Automobilanwendung entwickelt wurde, nun zum Chipportfolio von EBV gehört. EBV Elektronik ist sich jedoch der starken Marktnachfrage nach Schaltern zur Ansteuerung hochpräziser Aktuatorspulen bewusst. Diese Nachfrage besteht nicht nur im Automobilsektor, sondern auch in einer Vielzahl industrieller Anwendungen. Schließlich ist es das Grundprinzip von EBV-Chips, neue Märkte und bisher unerschlossene Möglichkeiten zu erschließen – und genau das hat EBV Elektronik mit SolexDrive erneut erreicht.
Auch der Bereich der industriellen Aktuatorspulen bietet vielversprechende Perspektiven für SolexDrive. In diesem Marktsegment ist Energieeinsparung noch nicht so entscheidend wie im Automobilsektor. Die energiesparenden Eigenschaften von SolexDrive in Kombination mit seiner erhöhten Präzision bieten EBV-Kunden daher einen echten Mehrwert.
Kontinuierliche Regelung: nicht nur ein oder aus.
In vielen Anwendungen war es bisher oft nur möglich, ein Ventil auf EIN oder AUS zu konfigurieren. Eine präzise Dosierung ist mit diesem einfachen digitalen EIN/AUS-Regler nur schwer zu erreichen. Insbesondere wenn digitale EIN/AUS-Regler ausgeschaltet sind, kann leicht eine geringe Menge der dosierten Substanz (z. B. Wasser oder technisches Gas) durch das Ventil entweichen. Dies kann zu Fehldosierungen oder unnötigem Verschleiß führen und somit zusätzliche Kosten oder einen erhöhten Ressourcenverbrauch verursachen. Kontinuierliche Regler hingegen ermöglichen eine präzisere Regelung.
Früher ließen sich Spulen oft nur mit einer Ein/Aus-Funktion steuern; mit SolexDrive ermöglicht die hochpräzise Pulsweitenmodulation jedoch eine exakte Spulensteuerung. Je nach Anwendung kann dies die Ansteuerung einer linearen Spule oder die Drehzahlregelung von Bürsten-Gleichstrommotoren umfassen. Durch die Kombination der präzisen Steuerung mit Low-Side- oder High-Side-Reglern eröffnet diese Lösung vielfältige Möglichkeiten.
Verbesserte elektromagnetische Verträglichkeit, präzisere Dosierung.
Außer in Notfällen ist eine schnelle Ventilverstellung normalerweise nicht erforderlich; gerade wenn jedoch eine solche Geschwindigkeit benötigt wird (wie bei digitalen Ein/Aus-Reglern), ist die Spule hohen Strömen ausgesetzt. Diese hohen Eingangsströme können Schaltprobleme verursachen: Nicht nur die Steuerkomponenten (einschließlich ihrer Schutzschaltungen) müssen korrekt dimensioniert sein, sondern die hohen Ströme führen auch zu erheblichen Problemen mit der elektromagnetischen Verträglichkeit.
Hinzu kommt, dass diese hohen Einschaltströme einen sehr hohen (und unnötigen) Stromverbrauch verursachen, der mitunter sogar kompensiert werden muss. Diese hohen Ströme und die entgegengesetzten Ströme, denen die Aktuatorspulen beim Einsatz eines Ein/Aus-Reglers ausgesetzt sind, führen zu einer enormen Materialermüdung aller Bauteile, was häufigen Austausch während des Betriebs erforderlich macht.
Mit SolexDrive lassen sich diese Stromspitzen dank eines PWM-Controllers (Pulsweitenmodulation) vermeiden. Dadurch wird die durch elektromagnetische Inkompatibilität bedingte Materialermüdung reduziert, die Genauigkeit verbessert und die Lebensdauer der Aktuatorspulen deutlich verlängert, da Probleme durch Funkenbildung minimiert werden.
SolexDrive in industriellen Anwendungen:
Typische Anwendungsbereiche für SolexDrive sind Roboter mit mehreren Aktuatoren sowie eine Vielzahl von Anwendungen, die eine elektronische Steuerung von Spulen erfordern – von Tankstellen bis hin zu Medizingeräten. Überall dort, wo Steuerungen für Servomotorspulen, Ventile, induktive Positionsaktuatoren, Flüssigkeits- und Gasregler, industrielle Durchflussmesser, Steuerungen für verteilte Lüftungsanlagen, Linearantriebe, professionelle landwirtschaftliche Bewässerungssysteme und vieles mehr benötigt werden, ist SolexDrive möglicherweise der richtige integrierte Schaltkreis für Ihre Anforderungen.
Obwohl nicht alle Anwendungen die Vielfalt und Komplexität der Funktionen erfordern, die diese Art von Komponente bietet, ist sie dennoch äußerst nützlich, da sie weniger Platz auf den Leiterplatten benötigt und dank ihrer Schutz- und Diagnoseschaltungen eine hohe Zuverlässigkeit bietet.
Neben dem Automobilsektor lässt sich SolexDrive in eine Vielzahl von Anwendungen integrieren, in denen Motoren eine höhere Effizienz erfordern. Beispiele hierfür sind Anwendungen in der Navigation, bei Schüttgutbehältern, Schneemobilen, Nutzfahrzeugen, Motorrädern sowie Land- und Baumaschinen.
Es ist bekannt, dass auch Relais Spulen enthalten, die aufgrund der Systemarchitektur nur in zwei Zuständen arbeiten: EIN und AUS. Dank seines attraktiven Preises eignet sich SolexDrive auch für Steuerrelais, die Rückmelde- oder Diagnosesignale mit entsprechender Schutzschaltung benötigen.
In solchen Anwendungen reduziert der EBV-Chip nicht nur die elektrische Belastung des Relais, sondern auch den Einschaltstrom deutlich. SolexDrive kann bis zu sieben Relais gleichzeitig in folgender Konfiguration ansteuern: fünf in High-Side- und vier in Low-Side-Konfiguration.
Das Nervenzentrum. Vier SolexDrive-Mikrokerne
arbeiten mit zwei unabhängigen Kanälen, von denen jeder zwei Mikrokerne enthält (der Chip umfasst also insgesamt vier Mikrokerne). Diese Mikrokerne sind einfache Mikrocontroller, die jedoch völlig unabhängig voneinander funktionieren können. Dies ermöglicht beispielsweise die Programmierung von vier völlig unterschiedlichen und unabhängigen Sequenzen zur Steuerung der Einspritzdüsen eines Vier- oder Sechszylindermotors.
Die Mikrocontroller arbeiten unabhängig und steuern den Pulsweitenmodulatorstrom mit 65.535 verschiedenen Werten. SolexDrive empfängt den entsprechenden 16-Bit-Wert über eine SPI-Schnittstelle von einem Standard-Mikrocontroller, wie er typischerweise in Motorsteuergeräten verwendet wird. Aus diesem Signal generiert SolexDrive die Pulsweitenmodulatorsequenzen zur Ansteuerung der MOSFETs.
Der Chip verfügt über zwei Kanäle mit jeweils zwei Sequenzern und zwei Mikrokernen. SolexDrive kann fünf Controller in einer High-Side-Konfiguration mit fünf Diagnosekabeln und sechs Controller in einer Low-Side-Konfiguration mit sechs Diagnosekabeln aktivieren.
Mikrokernel sind ausschließlich vom RAM-Typ, daher ist es notwendig, den Mikrocode während der Initialisierung in den RAM zu laden, obwohl die Möglichkeit besteht, die Parameter dynamisch zu ändern.
Die
intelligente Lösung von SolexDrive zeichnet sich durch ihre hohe Leistungsfähigkeit aus, da ihre integrierten Mikroprozessoren alle Steuerungsaufgaben in Echtzeit während des gesamten Betriebszeitraums ausführen: vom Ausschalten bis zur Beschleunigungsphase, einschließlich der Online-Anpassung an den Spitzenwert und des Leistungsabfalls vom Spitzenwert. Sie hält den Haltezustand dynamisch aufrecht, bis der Leistungsabfall erfasst ist und das System in den Aus-Zustand zurückkehrt. Für jede dieser Phasen können unterschiedliche Maximal- und Minimalwerte definiert werden. Der Mikroprozessor gewährleistet die Einhaltung dieser Werte, indem er beispielsweise die Istwerte mit individuell vorprogrammierten Aktivierungs-/Deaktivierungswerten für den Spitzenwert, Sollwerten für die Aktivierung/Deaktivierung der Haltefunktion und verschiedenen Synchronisationsparametern vergleicht.
Entwickler müssen sich daher keine Gedanken über solch komplexe Abläufe machen; sie müssen lediglich sicherstellen, dass der Mikrocontroller SolexDrive über die SPI-Schnittstelle die entsprechenden Strom- und Timing-Spezifikationen bereitstellt. Der EBV-Chip kümmert sich um den Rest, indem er die Leitungsströme entsprechend dem Verhalten jeder Aktuatorspule anpasst.
Der an den Aktor gesendete PWM-Stromimpuls beginnt mit der steigenden Flanke des Triggersignals des Mikrocontrollers und endet mit dessen fallender Flanke. SolexDrive misst den durch die Spulen fließenden Strom und liefert so präzises Feedback vom Spulenkreis. Der Chip beinhaltet außerdem die notwendigen Schutzschaltungen und Diagnosefunktionen.
Ein integrierter Mesh-Schalter ermöglicht es Entwicklern, jedem Kanal einen der vier integrierten Sequenzer zuzuweisen, wodurch SolexDrive mehrere Kanäle mit einem einzigen Sequenzer steuern kann. Es stehen vier digitale Sequenzer zur Verfügung, von denen jeder einen anderen Kanal verwalten kann.
Der Chip enthält außerdem einen DC/DC-Wandler, der die Ansteuerung der MOSFETs in High-Side-Konfiguration ermöglicht. Diese benötigen bekanntermaßen eine höhere Gate-Spannung als die Source-Spannung. Folglich können die MOSFETs (mit der entsprechenden Sperrdiode) direkt an den IC-Ausgang angeschlossen werden; die notwendige Schutzschaltung ist bereits in SolexDrive integriert.
SolexDrive erzeugt pulsweitenmodulierte Ausgangssignale bis zu 100 kHz und steuert damit MOSFETs, die eine Last von 30 nC (maximal 50 nC) benötigen.
Autor:
Autor: Frank-Steffen Russ, Vertical Director Automotive Segment, EBV Elektronik
